Možnosti potlačení vírových struktur vznikajících na výstupu z čerpadla v turbínovém režimu

Abstract

Použití odstředivého čerpadla v turbínovém režimu je oblastní neustálého rozvoje, avšak stále se potýká s některými nepříznivými vlivy. Na výstupu z oběžného kola vlivem nevhodného tvarování lopatek dochází k značné rotaci kapaliny, což může zapříčinit vznik vírové struktury. Tato diplomová práce se zabývá numerickou simulací odstředivého čerpadla v reverzním chodu a analýzou proudového pole pro různé provozní stavy. V úvodní části jsou uvedeny základní principy a informace o přímém i reverzním chodu čerpadla. Dále je rozebrána problematika vírové struktury a její možné způsoby potlačení. Pomocí CFD simulací byla analyzována stávající geometrie a na základě výsledků navrhnuty pasivní konstrukční úpravy pro potlačení vírové struktury. Jedna z variant se zabývá inovativním konceptem lopatek integrovaných do matice oběžného kola. V rámci práce pak byly jednotlivé varianty posouzeny z hlediska provozních parametrů PaT, ale především z hlediska efektivity potlačení. Poslední kapitola práce je zaměřena na výpočet vírového čísla, pomocí kterého jsou jednotlivé varianty porovnány.

The use of the centrifugal pump in turbine mode is an area of continuous development however it still faces some adverse effects. At the impeller outlet due to improper blade shaping there is a considerable fluid rotation which can cause the formation of a vortex structure. This diploma theses deals with the numerical simulation of a centrifugal pump operating in turbine mode and the analysis of the flow field for different operating points. The basic principles and information about both pump and turbine operations are presented in the introductory section. Furthermore, the problem of vortex structure and its possibilities of mitigation are discussed. Using CFD simulations, the existing geometry was analyzed and based on the results, passive instalations for vortex structure suppression were proposed. One of the variants deals with an innovative concept of auxiliary blades mounted on the impeller nut. The different options are then evaluated in terms of the operational parameters of the PaT, but mainly in terms of mitigation efficiency. The last chapter of the thesis focuses on the calculation of the swirl number by which the different variants are compared.